GAMIFICAÇÃO: UMA PROPOSTA DE ABORDAGEM DE MODELOS ATÔMICOS E FÍSICA QUÂNTICA PARA ESTUDANTES DO ENSINO MÉDIO DO CURSO TÉCNICO DE QUÍMICA

## GAMIFICAÇÃO: UMA PROPOSTA DE ABORDAGEM DE MODELOS ATÔMICOS E FÍSICA QUÂNTICA PARA ESTUDANTES DO ENSINO MÉDIO DO CURSO TÉCNICO DE QUÍMICA

*Ricardo de Barros Silva Fiziotto 1 , Leticie Mendonça Ferreira 2

- 1 Universidade Federal do ABC/Mestrando do MNPEF/barros.fiziotto@ufabc.edu.br
- 2 Universidade Federal do ABC/Centro de Ciências Naturais e Humanas/leticie.ferreira@ufabc.edu.br

## Resumo

Este trabalho é um relato sobre a aplicação de uma sequência didática que explora a Gamificação no Ensino dos Modelos Atômicos e de conceitos de Mecânica Quântica no Ensino Médio. A sequência foi aplicada em uma turma de 29 alunos da 3ª série, concluintes do curso técnico de química integrado ao Ensino Médio, no município de Barueri-SP. A sequência explora as potencialidades das metodologias Sala de Aula Invertida (Flipped Classroom) e Ensino Sob Medida (Just-in-time teaching), combinando a utilização de Objetos Educacionais Digitais (OED) e de Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC). Como atividade inicial, as guildas elaboraram mapas mentais tendo como tema o 'Átomo'. Esta ferramenta possibilitou o levantamento das concepções dos alunos para o planejamento das intervenções pedagógicas para abordagem da Física Moderna no Ensino Médio. Embora a abordagem proposta contemple a evolução histórica dos modelos atômicos, nosso propósito principal é avançar na compreensão de um modelo atômico quântico que vai além da simples quantização da energia, mas que apresente os elementos relativos à natureza probabilística e à ideia de orbitais atômicos.

Palavras-chave : gamificação, modelos atômicos, ensino médio.

## Introdução

Vivemos em uma sociedade dominada por tecnologias que foram desenvolvidas a partir de conhecimentos científicos construídos ao longo dos séculos XX e XXI. No entanto, o ensino de Física no Ensino Médio contempla basicamente os conhecimentos gerados até meados do século XIX. Nesta situação, estudantes cada vez mais inseridos em um mundo altamente tecnológico não encontram nos conteúdos de Física ensinados na escola os subsídios para uma compreensão das inovações que se apresentam quase que diariamente, e tampouco para uma apreciação adequada das descobertas científicas divulgadas nas mídias.

Pesquisadores do ensino de ciências e educadores compartilham da necessidade de incluir os conhecimentos científicos na formação geral dos cidadãos, principalmente aqueles referentes à teoria quântica (GRECA; MOREIRA; HERSCOVITZ, 2001), e defendem que uma boa formação científica faz parte de um pleno exercício da cidadania (OSTERMANN; CAVALVANTI, 1999; 2000). Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN,1999) e as Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN+, 2002) sugerem seu estudo no Ensino Médio. O ensino da Física Moderna e Contemporânea, porém, sofre certa resistência devido à complexidade de alguns conceitos e do formalismo matemático envolvidos.

De acordo com SILVA (SILVA; CUNHA, 2009), a abordagem do modelo atômico quântico nos livros didáticos de química do Ensino Médio não apresenta, na maioria das obras analisadas pelos autores, os pontos necessários para a compreensão dos orbitais atômicos. Para esta análise, foram considerados cinco temas relativos ao átomo quântico: quantum de uma grandeza, comportamento dual (onda/partícula), indeterminação da trajetória, caráter probabilístico e representação do estado.

Neste trabalho relatamos a experiência de uma sequência didática que explora as potencialidades da gamificação no ensino de Física Moderna e modelos atômicos no Ensino Médio. A gamificação consiste na utilização de elementos de games (mecânicas, estratégias, pensamentos) fora do contexto de games, com a finalidade de motivar os indivíduos à ação, auxiliar na solução de problemas e promover aprendizagens (KAPP, 2012). As contribuições da utilização da gamificação na educação constam nos trabalhos de importantes teóricos como MATTAR (2011), PRENSKY (2001), FARDO (2013), STUDART (2015) e outros. Contudo, uma pesquisa nacional aponta que a gamificação aplicada ao ensino de Física, sobretudo na Educação Básica, apresenta enorme carência com o surgimento dos primeiros trabalhos em 2015 (SALES; SILVA, 2017).

A abordagem proposta neste trabalho faz uso de metodologias tais como a Sala de Aula Invertida (BERGMANN; SAMS, 2016) e o Ensino Sob Medida (NOVAK et. al, 1999), mesclando atividades que se utilizam de Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs) e de Objetos Educacionais Digitais (OED). Na sala de aula invertida os alunos estudam previamente os conteúdos em casa ou onde preferirem. Esta metodologia possibilita tornar o discente um aprendiz ativo e o professor um

orientador. O estudo antecipado, por sua vez, colabora para o planejamento de uma aula que contempla os conteúdos que os alunos apresentam mais dificuldades, uma metodologia conhecida por 'Ensino sob Medida'. Para que as aprendizagens efetivamente aconteçam, os conteúdos identificados nas dificuldades dos alunos são retomados em aulas expositivas de curta duração, durante as quais o professor exerce o papel de mediador, facilitando a aprendizagem dos alunos e enriquecendo as discussões. As metodologias respeitam, portanto, as individualidades dos estudantes e os tornam protagonistas do seu processo de ensino e aprendizagem.

Propomos a utilização de mapas mentais (BUZAN, 2005) para avaliação das concepções dos alunos sobre o átomo, tanto no início da prática didática, como ao final da aplicação da sequência. Entendemos que a abordagem proposta é motivadora, capaz de promover a troca de ideias e a construção coletiva de um aprendizado (OLIVEIRA; ARAÚJO; VEIT, 2016) de temas complexos como a dualidade onda-partícula, o princípio de incerteza de Heisenberg, a equação de Schrödinger e os orbitais atômicos.

## Metodologias

A sequência foi aplicada ao longo de 10 aulas em uma escola técnica, no município de Barueri, no estado de São Paulo, em uma turma mista de 29 alunos, com idades em torno dos 16 anos, da 3ª série e concluintes do curso técnico de química integrado ao Ensino Médio.

No contexto de uma abordagem através da gamificação, foram propostas diversas atividades (ou tarefas) a serem realizadas em grupo, as chamadas guildas, em sala de aula ou em ambientes virtuais, e às quais são atribuídas pontuações. Os estudantes foram divididos em cinco grupos, e a primeira atividade foi a elaboração por cada grupo de um mapa mental sobre o tema 'Átomo'.

A descrição dos conteúdos abordados, as metodologias empregadas e os recursos utilizados em cada aula estão nos Quadros 1 e 2. Como um dos objetivos é introduzir e discutir conceitos como a dualidade onda-partícula, quantização da energia e a ideia de orbitais atômicos, consideramos importante retomar os conceitos básicos de ondulatória estudados na série anterior. Para este fim, foi utilizado o simulador 'Onda em corda' do PhET (Figura 1), acessado em 23/04/2018 e disponível em: < https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/wave-on-a-string> .

Figura 2 : Imagem de tela do simulador 'Modelos do Átomo de Hidrogênio', do PhET.

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Figura 1 : Imagem de tela do simulador 'Onda em corda', do PhET.

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Quadro 01: Descrição de conteúdos e metodologias

Quadro 02: Descrição de conteúdos e metodologias

Para nortear a prática do professor na aplicação desta sequência em sala de aula foram propostas diferentes etapas (níveis) no jogo. Estes níveis serviram para estimular os alunos quanto aos desafios e às missões necessárias para conquistar as fases do game (jogo). Os níveis foram nomeados Aristóteles, Dalton, Thompson, Bohr, De Broglie, Schrödinger (s), Schrödinger (p), Schrödinger (d) e Schrödinger (f), e propunham um grau crescente de complexidade dos conceitos.

A fase Aristóteles é o menor nível do jogo. Para a conquista desta fase as guildas tiveram como missão a elaboração dos mapas mentais iniciais para o levantamento dos conhecimentos prévios sobre o átomo. Com a formação e nomeação das guildas (grupos), os estudantes conquistaram pontuação para passar para a fase seguinte.

Como atividade da sala de aula invertida (BERGMANN &amp; SAMS, 2016), os alunos assistiram o vídeo 'Tudo se transforma, História da Química, História dos Modelos Atômicos', acessado em 09/06/2018 e disponível em:

&lt;https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY&gt;, enviado pelo WhatsApp, e realizaram uma atividade para o estudo dos modelos atômicos. Para a conquista das fases subsequentes, mais avançadas, as guildas participaram de competições com perguntas e respostas, os chamados quizzes. Compostos por 10 questões de múltipla-escolha, o primeiro quiz abordou os modelos atômicos, e o segundo a dualidade onda-partícula e o princípio da incerteza de Heisenberg.

Nas aulas expositivas e interativas com a participação dos discentes e no Ensino Sob Medida (NOVAK et. al, 1999), foi utilizado o simulador PhET 'Modelos do Átomo de Hidrogênio' (Figura 2), acessado em 23/04/2018 e disponível em:

&lt;https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/hydrogen-atom&gt;.

## Discussão dos resultados

## 1. Mapas mentais iniciais

Figura 4 : Mapa mental inicial elaborado guilda 'OrbitALL' sobre o tema 'Átomo'.

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Figura 3 : Mapa mental inicial elaborado pela guilda 'Bola de bilhar' sobre o tema 'Átomo'.

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Para fins de relatar os resultados, apresentamos os mapas mentais iniciais das guildas 'Bola de Bilhar' e 'OrbitALL' nas figuras 3 e 4, respectivamente.

O mapa mental proposto pela guilda OrbitALL mostra uma concepção de átomo associado ao modelo planetário, porém não está claro se a concepção de modelo atômico corresponde ao modelo de Rutherford ou de Bohr. As ideias estão bem estruturadas, no entanto percebe-se que o modelo atômico corresponde à visão clássica.

O mapa mental da guilda 'Bola de Bilhar' é um pouco mais elaborado. Revela que os alunos concebem o átomo como constituído de três partes: prótons, nêutrons e elétrons. Também associam ao átomo à ideia de menor partícula, constituinte da

matéria e estabelecem uma conexão com molécula. Embora o grupo apresente conceitos como camada de valência, distribuição eletrônica e subnível mais energético, estes são apresentados sem uma vinculação direta ao elétron, o qual sugere que os alunos estão replicando palavras chaves, já vistas no contexto de alguma matéria cursada anteriormente, mas sem ter muito clara a relação destes conceitos com a estrutura eletrônica.

De um modo geral, os mapas mentais iniciais elaborados pelas guildas demonstram a ausência de concepções modernas e com base na Mecânica Quântica dos modelos atômicos. Considerando que se trata de uma turma de alunos concluintes do curso técnico de Química, estes resultados reforçam a necessidade de investir em estratégias educacionais para o ensino de conteúdos de Física Moderna e Contemporânea.

Na sala de aula invertida, foi apresentado o vídeo: Tudo se transforma, História da Química, História dos Modelos Atômicos, a atividade proposta e a gamificação abriram espaço para enriquecedoras discussões em equipe com a participação ativa dos alunos.

Em sua maioria, os grupos alcançaram resultados satisfatórios no QUIZ sobre os modelos atômicos. A combinação da gamificação e a da sala de aula invertida permitem a identificação das dificuldades apresentadas pelos alunos na resolução do QUIZ que são informações importantes para o planejamento do Ensino Sob Medida com novas estratégias e intervenções pedagógicas.

A exploração do simulador PhET (Modelos do Átomo de Hidrogênio) pelos alunos no laboratório de informática facilita a aprendizagem dos modelos atômicos, auxiliando-os nas elaborações mentais dos modelos atômicos e na abordagem de temas da Física Moderna.

## Considerações finais

A Física Moderna e Contemporânea é uma das grandes responsáveis pelos avanços tecnológicos do século XX e XXI e os estudantes não podem ficar alheios aos conhecimentos necessários para uma discussão sobre as descobertas científicas noticiadas na imprensa falada e escrita.

Esta proposta de sequência didática contempla a gamificação e explora as potencialidades das metodologias Sala de Aula Invertida (Flipped Classroom) e Ensino Sob Medida (Just-in-time teaching). Utiliza os Objetos Educacionais Digitais (OED), as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC). A construção de mapas mentais pelos grupos possibilitou o levantamento das concepções prévias dos alunos para o planejamento das intervenções pedagógicas para a posterior abordagem dos conteúdos de Física Moderna.

Devido aos eventos registrados no calendário escolar, este trabalho está em andamento até o momento da submissão ao SNEF. Dessa forma, a elaboração e análise dos mapas mentais finais, a avaliação dos resultados das fases do game que abordam os temas da Física Moderna estão previstos na continuidade da aplicação.

## Referências

BERGMANN, J.; SAMS, A. Sala de aula invertida: uma metodologia ativa de aprendizagem. Rio de Janeiro: LTC, 2016.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio . Brasília: MEC/SEMTEC, 1999. 4v.

BRASIL. Ministério da Educação. PCN+ Ensino Médio: Orientações Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio . Ciências da Natureza, Matemática e suas tecnologias. Brasília, 2002.

BUZAN, T. 'Mapas mentais e sua elaboração: um sistema definitivo de pensamento que transformará a sua vida ' / Tony Buzan: tradução Euclides Luiz Calloni, Celusa Margô Wosgrau, São Paulo, Cultrix, 2005.

FARDO, M.L. A gamificação aplicada em ambientes de aprendizagem. Novas Tecnologias em Educação , v.11, n°1, 2013.

GRECA, I.M.; MOREIRA, M.A.; HERSCOVITZ, V.E. Revista Brasileira de Ensino de Física , v.23, n.4, p.444-457, 2001.

KAPP, K.M. The Gamification of Learning and Instruction: Game-based Methods and Strategies for Training and Education , Wiley, 2012.

MATTAR, J. História, Teorias e Cases sobre o Uso de Games em Educação. Revista Tecnologia Educacional , 192, jan-mar, PP.45-57, 2011.

NOVAK, G.N. et al. Just-in-Time Teaching: Blending active Learning and Web Technology , Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1999.

OLIVEIRA, T.E., ARAÚJO, I.S., VEIT, E.A. Aprendizagem Baseada em Equipe: Um Método Ativo para o Ensino de Física ; 2016 - periódicos.ufsc.br

OSTERMANN, F.; CAVALCANTI, C.J.H. Física moderna e contemporânea no ensino: elaboração de material didático, em forma de pôster, sobre partículas elementares e interações fundamentais. Cadernos Catarinenses de Ensino de Física v.16, n.3, p.267-286, 1999.

PRENSKY, M.C. Digital Natives, Digital Immigrants, On the Horizon , Vol.9 n°5, 2001.

SALES, G.L.; SILVA, J.B. da Um panorama da pesquisa nacional sobre a gamificação no ensino de Física Tecnia - Revista de Educação, Ciência e Tecnologia do IFG v.2, n.1, p. 105 -121, 2017 disponível em: &lt;http://revistas.ifg.edu.br/tecnia/article/view/172 &gt; acessado em 23/09/2018.

SILVA, J.L.P.B.; CUNHA, M.B.de M. O modelo atômico quântico em livros didáticos de química para o ensino médio VII Encontro Nacional de Pesquisa em Educação de Ciências , Florianópolis, 2009

STUDART, N. Simulações, Games e Gamificação no Ensino de Física. XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física. Uberlândia/MG, 2015.